Simple and low cost nanostructured plasmonic biosensor for sensitive and multiplexed biodetection

Abstract

La creciente demanda de plataformas de análisis que sean fiables y, al mismo tiempo, fáciles de usar y compactas, que requieran un bajo consumo de muestras y proporcionen una alta sensibilidad y una respuesta en tiempo real, ha proporcionado una considerable innovación en el diseño de los biosensores. Entre todos ellos, aquellos basados ​​en fenómenos de resonancia de plasmón superficial (SPR) han sido objeto de un gran interés científico en las últimas décadas porque aportan una alta sensibilidad y simplicidad en los esquemas de detección. Con el avance en las técnicas de nanofabricación, el desarrollo de sensores ópticos basados en nanoestructuras plasmónicas ha representado una excelente vía para su integración en dispositivos Lab-on-a-chip con un reducido tamaño, con la capacidad de resolver algunos de los retos actuales relacionados con los tiempos de análisis, el volumen de muestra requerido y la viabilidad de detectar varios analitos a la vez de forma multiplexada.

Con el propósito de ofrecer herramientas biosensoras simples y de bajo costo, la presente Tesis Doctoral presenta el desarrollo de biosensores nanoplasmónicos integrados en plataformas Lab-on-a-Chip (LOC) para la biodetección multiplexada de diferentes analitos en tiempo real. El sensor desarrollado se basa en el empleo de soportes comerciales de discos Blu-Ray como un sustrato que contiene nano-rejillas para general el fenómeno de resonancia de plasmón al recubrirlos con diferentes capas metálicas a escala nanométrica. Los nanobiosensores desarrollados constituyen una alternativa muy prometedora que podrían sustituir a las técnicas de análisis convencionales, simplificando los procesos y superando los principales retos actuales relacionados con la sensibilidad, el coste y el tiempo requerido para el diagnóstico clínico.

The increasing demand for analytical platforms that are reliable and, at the same time, easy to use and compact, that require low sample consumption and provide high sensitivity and real-time response, have provided considerable innovation in the design of the biosensors. Among all of them, those based on surface plasmon resonance phenomena (SPR) have been the subject of great scientific interest in recent decades because they provide high sensitivity and simplicity in the detection schemes. With the advance in nanofabrication techniques, the development of optical sensors based on plasmonic nanostructures has represented an excellent way to integrate them into Lab-on-a-chip devices with a small size, with the ability to solve some of the current challenges related to the analysis times, the volume of sample required and the feasibility of detecting several analytes at the same time multiplexed.

With the purpose of offering simple and inexpensive biosensing tools, this Doctoral Thesis presents the development of nanoplasmonic biosensors integrated in Lab-on-a-Chip (LOC) platforms for the multiplexed biosensing of different analytes in real time. The developed sensor is based on the use of commercial Blu-Ray discs as a substrate containing nano-slits to generate the plasmon resonance phenomena by coating them with different metallic layers on a nanometric scale. The developed nanobiosensors are a very promising alternative that could replace conventional analysis techniques, simplifying processes and overcoming the main current challenges related to sensitivity, cost and time required for clinical diagnosis.